增稠劑資料整理

1、 增稠劑一；增稠劑的分類1. 纖維素類 纖維素類又分為A. 非締合型 （HEC）B. 締合型（HMHEC）最有名的纖維素增稠劑包括：羥乙基纖維素（Hydroxyethyl Cellulose，HEC）羥丙基纖維素（Hydroxypropyl Cellulose，HPC）羥丙基甲基纖維素（Hydroxypropylmethyl Cellulose，HPMC）、甲基纖維素（Methyl Cellulose，MC）、羧基甲基纖維素（Carboxymethyl Cellulose，CMC）疏水性改質羥乙基纖維素（Hydrophobically Modified Hydroxyethyl Ce

2、llulose ，HMHEC）2. 多糖3. 堿溶漲類(丙烯酸類)堿溶漲類又分為A. 非締合型（ASE）B. 締合型(HASE)4. 聚氨脂類 聚氨脂類又分為A. 聚氨脂類B. 疏水性改性非聚氨酯增稠劑5. 無機類無機又分為A. 膨潤土B. 凹凸棒土C. 氣相二氧化硅6. 絡合有機金屬增稠劑二：特性研究及作用機理1. 纖維素類1.1非締合型纖維素增稠劑纖維素類增稠劑的增稠機理：是疏水主鏈與周圍水分子通過氫鍵締合，提高了聚合物本身的流體體積，減少了顆粒自由活動的空間，從而提高了體系黏度。也可以通過分子鏈的纏繞實現(xiàn)黏度的提高，表現(xiàn)為在靜態(tài)和低剪切有高黏度，在高剪切下為低黏度。這是因為靜態(tài)或低剪切速

3、度時，纖維素分子鏈處于無序狀態(tài)而使體系呈現(xiàn)高粘性；而在高剪切速度時，分子平行于流動方向作有序排列，易于相互滑動，所以體系黏度下降。纖維素增稠劑增稠水相，該增稠作用不受連結料、顏料和助劑的影響。這種分子鏈較長、有分支，部分呈卷曲狀。在其余情況下，分子鏈處于理想的序狀態(tài)（高粘度）。隨著剪切速率的增加，分了逐漸與流動方向平行，這使一個分子到另一個分子之間的滑動更為容易，即低粘度，因而，這種纖維素增稠劑表現(xiàn)出假塑性和結構粘度。通過高分子量的纖維素醚，可獲得明顯的假塑流動性能。特點： 纖維素類增稠劑的增稠效率高，尤其是對水相的增稠；對涂料配方的限制少，應用廣泛；可使用的 pH 范圍大

4、。但存在流平性較差，輥涂時飛濺現(xiàn)象較多、穩(wěn)定性不好，易受微生物降解等缺點。由于其在高剪切下為低黏度，在靜態(tài)和低剪切有高黏度，所以涂布完成后，黏度迅速增加，可以防止流掛，但另一方面造成流平性較差。有研究表明，增稠劑的相對分子質量增加，乳膠涂料的飛濺性也增加。纖維素類增稠劑由于相對分子質量很大，所以易產生飛濺。此類增稠劑是通過 “固定水”達到增稠效果，對顏料和乳膠粒子極少吸附，增稠劑的體積膨脹充滿整個水相，把懸浮的顏料和乳膠粒子擠到一邊，容易產生絮凝，因而穩(wěn)定性不佳。由于是天然高分子，易受微生物攻擊。 纖維素衍生物分子量高低則會影響其增稠的效果，高分子量纖維素衍生物增稠劑具有優(yōu)

5、異的增稠效果，容易造成類似塑化（Pseudoplastics）的效果，水相增稠劑與儒教其分子相溶好，低剪切增稠效果好，PH值容忍度高，保水性好，由于低剪切年度高，觸變性高，所以流變性好，流平性差。低分子量纖維素衍生物增稠劑對產品的類似塑化性較低，但對水的敏感度較高?，F(xiàn)將纖維素增稠劑的正面影響和負面影響總結如下纖維素增稠劑正面影響 l 通用 l 流動性 l PH范圍大負面影響 l 噴涂 l 涂層的形成 l 覆蓋力 l 水敏感性 l 生物穩(wěn)定性 l 輥涂時飛濺現(xiàn)象較多l(xiāng) 穩(wěn)定性不好l 易受微生物降解具體產品特性：1.1.1 羥乙基纖維素（HEC）是纖維素的羥乙基醚。產品為淺白色粉末，因制造方法及生

6、產廠的不同而各種規(guī)格及牌號。近年來又有新的發(fā)展，如防酶型、締合型等不同類型的羥乙基纖維素產品已問世。HEC是乳膠漆涂料中常用的增稠劑，具有以下優(yōu)點：  （1）通用性性強   HEC為非離子型，可在很寬的PH范圍內（212）使用。與一般乳膠涂料中的組分（如顏料、助劑、可溶性鹽及電解質）都可混用，而不會出現(xiàn)異?，F(xiàn)象。  （2）施工性好    用HEC增稠的涂料具有假塑性，因而可刷涂、輥涂、噴涂等施工方法，具有省力、不易滴落及流掛、飛濺等優(yōu)點，流平性也較好。  （3）對涂膜無不良影

7、響  因HEC水溶液不明顯的水表面張力特性，在生產及施工時不易起泡，產生火山穴針孔的傾向較少。  （4）良好的展色性   HEC對大多數(shù)著色劑及粘結劑具有極好的混溶性，使配制的乳膠漆有良好的顏色一致性及穩(wěn)定性。（5）貯存穩(wěn)定性好    在涂料的貯存過程中，能保持顏料的分散性和懸浮性，無浮色、發(fā)花的敝病，在涂料表面水層較少，貯存溫度變化時，其粘度仍較穩(wěn)定1.1.21.2締合型纖維素增稠劑定義：纖維素親水骨架上引入少量長鏈疏水烷基。 締合型作用機理：疏水改性纖維素是在纖維素親水骨架上引入少量長鏈疏水

8、烷基，能和乳液表面活性劑及顏料等疏水組分締合而增加黏度，從而成為締合型增稠劑，如Natrosol Plus Grade 330、331、Cellosize SG-100等，其增稠效果可與相對分子質量大得多的纖維素醚增稠劑品種相當，纖維素醚及其衍生物 目前，纖維素醚及其衍生物類增稠劑主要有羥乙基纖維素、甲基羥乙基纖維素、乙基羥乙基纖維素、甲基羥丙基纖維素等。 特點：同非締合型纖維素。 具體產品及特點： 甲基羥丙基纖維素 CMHPC 改性的羧甲基羥丙基纖維素CMHPC具有離子型羧甲基纖維素和非離子型羥丙基纖維素的綜合性能。它具有下列的功能和性質|

9、- 迅速溶解于冷水或熱水；| - 可作為增稠劑、流變助劑、粘合劑、穩(wěn)定劑、保護膠體、懸浮劑和保水劑；| - 形成抗油脂和有機溶劑的薄膜。| 這些性能使CMHPC適用于許多工業(yè)領域，如食品、日用化學、石油開采、紡織印染漿料、陶瓷、涂料和建筑等行業(yè)。|CMHPC的理化指標如下|外觀 白色或極淡黃色的粉末，無異味|取代度（DS） 0.9|取代度（MS） 0.12|粘度 1000mPa.s(2%水溶液，NDJ-79型粘度計，25)|氯離子 1.8%|水份 10%|pH 6.08.5(2%水溶液，25)2. 多糖 定義：多糖族包括黃原酸增稠劑和瓜爾膠增稠劑 機理：都是高分子量的天然產品。這些產品的使用會

10、帶來高結構粘度，比纖維增稠劑還高。 特點：與纖維素相比，對多糖的正面影響和負面影響的總結如下： 正面影響 l 生物穩(wěn)定性 負面影響 l 重復性差 l 價格 l 流平 在實踐中，這些增稠劑在涂料工業(yè)中沒有起著重要作用。 3. 堿溶漲類2.1非締合型堿溶漲增稠劑(ASE) 定義：丙烯酸酯是第一種完全由人工合成的增稠劑，用于乳膠漆。通常，丙烯酸增稠劑為丙烯酸或異丁烯酸（含有異丁烯酸甲酯、丙烯酸乙酯）的共聚物和三元共聚物。作用機理：增稠劑溶于水中，通過羧酸根離子的同性靜電斥力，分子鏈由螺旋狀伸展為棒狀，從而提高了水相的黏度。另外它還通過在乳膠粒與顏料之間架橋形成網狀結構，增加了體系的黏度。 這類聚合物

11、一般帶有較多數(shù)量羧基，進入水相遇堿中和，生成聚合物鹽類，由顆粒狀變成帶許多支鏈結構立體棒狀，又因相互交叉形成網絡結構，使水相有了粘度。這些增稠劑為濃度約為40%的溶液和酸性乳液。通過中和作用溶解聚合鏈。由于該作用和相同分子內聚合物基團的靜電排斥作用，溶液的粘度增加。與纖維素增稠劑相反，因為通過分子鏈的盤屈來增加粘度，并且分子量比較低，所以粘度的增加程度較小。與纖維素增稠劑相比，丙烯酸增稠劑的結構粘度較低。其缺點在于中和反應后丙烯酸分子的高親水性，因此對涂層的耐水溶脹性產生了影響，并且導致顏料的絮凝。最后，大量羧酸基吸附在常規(guī)顏料表面，如二氧化鈦。多種羧基出現(xiàn)在同一分子里，長分子鏈可以形成橋鍵，

12、其距離足以連接兩個單獨的顏料顆粒。聚丙烯酸酯增稠劑的正面影響和負面影響總結如下： 聚丙烯酸類增稠劑的增稠機理有2種，即中和增稠與氫鍵結合增稠。中和增稠是；將酸性的聚丙烯酸類增稠劑中和，使其分子離子化并沿著聚合物的主鏈產生負電荷，同性電荷之間的相斥促使分子伸直張開形成網狀結構達到增稠效果；氫鍵結合增稠是聚丙烯酸類增稠劑先與水結合形成水合分子，再與質量分數(shù)為1020的羥基給予體(如具有5個或以上乙氧基的非離子表面活性劑)結合，使其卷曲的分子在含水系統(tǒng)中解開形成網狀結構達到增稠效果。不同的pH值、不同的中和劑以及可溶性鹽的存在對該增稠體系的黏度有較大影響，pH值小于5時，pH值增大黏度升高；pH值在

13、5-10黏度幾乎不變；但隨著pH值繼續(xù)升高，增稠效率又要下降。一價離子只降低體系的增稠效率，二價或三價離子不但能使體系變稀，而且當含量足夠時會產生不溶性沉淀物。  特點：聚丙烯酸類增稠劑具有較強的增稠性和較好的流平性，生物穩(wěn)定性好，但對 pH 值敏感、耐水性不佳 丙烯酸增稠劑 正面影響 l 流平 l 生物穩(wěn)定性 l 涂層厚度 l 與顏料漿的兼容性 負面影響 l pH值的穩(wěn)定性 l 耐擦洗性 l 中間涂層的附著力 l 光澤 l 保水性 堿增稠（ASE)主要是對水相的增稠 2.2蒂和型溶漲增稠劑 定義：經改性的丙烯酸堿溶脹增稠劑在支鏈含有親油基團能與乳膠顆粒締合起來，

14、類似聚氨酯締合型增稠劑的作用 丙烯酸堿溶脹 作用機理：在ASE增稠劑基礎上加上蒂合作用，即增稠劑聚合物疏水鏈和乳膠粒子表面活性劑等疏水部位締合三維網絡結構，此外膠束作用從而乳膠漆體系黏度升高。 特點： 增稠效果好，本身黏度低，對PH值敏感 聚丙烯酸類增稠劑 聚丙烯酸類增稠劑具有較強的增稠性和較好的流平性，生物穩(wěn)定性好，但對 pH 值敏感、耐水性不佳。  而疏水改性堿增稠對水相增稠同時對乳液交聯(lián)4. 聚氨脂及疏水性非聚氨酯增稠劑 3.1聚氨脂類定義：聚氨酯增稠劑簡稱HEUR，是一種疏水基團改性的乙氧基聚氨酯水溶性聚合物，屬于非離子型締合增稠劑。HEUR是由

15、疏水基團、親水鏈和聚氨酯基團三部分組成。疏水基團起締合作用，是增稠的決定因素，通常是油基、十八烷基、十二烷苯基、壬酚基等。親水鏈能提供化學穩(wěn)定性和粘度穩(wěn)定性，常用的是聚醚，如聚氧乙烯及其衍生物。HEUR分子鏈是通過聚氨酯基團來擴展的，所用聚氨酯基團有IPDI、TDI和HMDI等16。 締合型增稠劑的結構特點是疏水基封端。但有些市售HEUR兩端疏水基取代度低于0.9，最好的也只1.717。應嚴格控制反應條件，以獲得分子量分布窄的和性能穩(wěn)定的聚氨酯增稠劑。大多數(shù)HEUR是通過逐步聚合法合成的，因此市售HEUR一般是寬分子量的混合物。環(huán)境友好的締合型聚氨酯增稠劑開發(fā)受到普遍重視，如BYK-425是不

16、含VOC和APEO的脲改性聚氨酯增稠劑，Rheolate 210、Borchi Gel 0434、Tego ViscoPlus 3010、3030及3060等都是不含VOC和APEO的締合型聚氨酯增稠劑。 除了上面介紹的線性締合型聚氨酯增稠劑，還有梳狀締合聚氨酯增稠劑。所謂梳狀締合聚氨酯增稠劑是指每個增稠劑分子中間還有垂掛的疏水基。這類增稠劑如SCT-200和SCT-275等。疏水改性氨基增稠劑（hydrophobically modified ethoxylated aminoplast thickenerHEAT）19    將特種氨基樹脂變成可接4個封端疏水

17、基，但這四個反應點的活性是不一樣的。在正常的疏水基加量時，也只有2個接上封端疏水基，這樣合成的疏水改性氨基增稠劑和HEUR沒有多大區(qū)別，如Optiflo H 500，見圖3。若加入較多的疏水基，如達8%，調節(jié)反應條件，可生產出具有多個封端疏水基的氨基增稠劑。當然，這也是一種梳狀增稠劑。這種疏水改性氨基增稠劑能防止配色時，由于加入色漿，帶入大量表面活性劑和二醇類溶劑，而造成涂料粘度下降問題。原因是強疏水基能阻止解吸，以及多疏水基有強締合作用。這種增稠劑如Optiflo TVS。 注：圖中鋸齒狀表示疏水基圖3  HEAT結構示意圖 疏水改性聚醚增稠劑（HMPE）

18、60;  疏水改性聚醚增稠劑的性能與HEUR相似，產品有Hercules的Aquaflow NLS200、NLS210和NHS300。改性聚脲增稠劑是BYK公司開發(fā)的增稠劑20，其結構如圖4所示。它的增稠機理是既有氫鍵的作用，也有端基的締合作用。與一般增稠劑比較，它的防沉降和抗流掛性能好。根據(jù)端基的不同極性，改性聚脲增稠劑可分為三種：低極性聚脲增稠劑、中極性聚脲增稠劑和高極性聚脲增稠劑。前二種用于溶劑型涂料增稠，而高極性聚脲增稠劑既可用于高極性溶劑型涂料中，也可用于水性涂料增稠。低極性、中極性和高極性聚脲增稠劑的商品分別如BYK-411、BYK-410和BYK-420。  

19、                                   圖4 改性聚脲增稠劑結構示意圖聚氨酯增稠劑，是一種疏水基團改性乙氧基聚氨酯水溶性聚合物，屬于非離子型締合增稠劑。環(huán)境友好的締合型聚氨酯增稠劑開發(fā)已受到普遍重視，如Rheolate 210、B

20、orchi Gel 0434、Tego ViscoPlus 3010和3030及3060等都是不含VOC和APEO的締合型聚氨酯增稠劑，BYK425是不含VOC和APEO的脲改性聚氨酯增稠劑。除了上面介紹的線性締合型聚氨酯增稠劑，還有梳狀締合聚氨酯增稠劑。 作用機理：A.分子疏水端與乳膠粒子表面活性劑、顏料等疏水結構地締合形成網狀結構，這是高剪切黏度的來源 B.猶如表面活性劑形成膠束，這是中剪切黏度（1100S-1）的來源 C. 疏水基氫鍵作用 機理: 締合型聚氨酯類增稠劑 A.J. Reuvers 對締合型聚氨酯類增稠劑的

21、增稠機理作了詳細的研究。這類增稠劑的分子結構中引入了親水基團和疏水基團，使其呈現(xiàn)出一定的表面活性劑的性質。當它的水溶液濃度超過某一特定濃度時，形成膠束，膠束和聚合物粒子締合形成網狀結構，使體系黏度增加。另一方面一個分子帶幾個膠束，降低了水分子的遷移性，使水相黏度也提高。這類增稠劑不僅對涂料的流變性產生影響，而且與相鄰的乳膠粒子間存在相互作用，如果這個作用太強的話，容易引起乳膠分層 7  特點：聚氨酯類增稠劑主要是對乳液相的增稠和自身交聯(lián) 3.2疏水性非聚氨酯增稠劑 3.3 締合型聚氨酯增稠劑 作用機理：  締合型聚氨酯類增稠劑 A.J. Reu

22、vers 對締合型聚氨酯類增稠劑的增稠機理作了詳細的研究。這類增稠劑的分子結構中引入了親水基團和疏水基團，使其呈現(xiàn)出一定的表面活性劑的性質。當它的水溶液濃度超過某一特定濃度時，形成膠束，膠束和聚合物粒子締合形成網狀結構，使體系黏度增加。另一方面一個分子帶幾個膠束，降低了水分子的遷移性，使水相黏度也提高。這類增稠劑不僅對涂料的流變性產生影響，而且與相鄰的乳膠粒子間存在相互作用，如果這個作用太強的話，容易引起乳膠分層 7   這類化合物是同時具有親水基和親油基的高分子聚合物。在乳膠涂料體系中表現(xiàn)為：親水基和體系中水偶合，親油基與乳膠顆粒締合。由于充分地締合后

23、使體系中的水和乳膠顆粒由分散的個體連接成一個整體，粘度上升。 特點:締合型聚氨酯類增稠劑 這種締合結構在剪切力的作用下受到破壞，黏度降低，當剪切力消失黏度又可恢復，可防止施工過程出現(xiàn)流掛現(xiàn)象。并且其黏度恢復具有一定的滯后性，有利于涂膜流平。聚氨酯增稠劑的相對分子質量（數(shù)千至數(shù)萬）比前兩類增稠劑的相對分子質量（數(shù)十萬至數(shù)百萬）低得多，不會助長飛濺。纖維素類增稠劑高度的水溶性會影響涂膜的耐水性，但聚氨酯類增稠劑分子上同時具有親水和疏水基團，疏水基團與涂膜的基體有較強的親合性，可增強涂膜的耐水性。由于乳膠粒子參與了締合，不會產生絮凝，因而可使涂膜光滑，有較高的光澤度。 締合型聚氨

24、酯增稠劑許多性能優(yōu)于其它增稠劑，但由于其獨特的膠束增稠機理，因而涂料配方中那些影響膠束的組分必然會對增稠性產生影響。用此類增稠劑時，應充分考慮各種因素對增稠性能的影響，不要輕易更換涂料所用的乳液、消泡劑、分散劑、成膜助劑等。 改性環(huán)氧乙烷聚氨酯嵌段共聚物（ HEUR ）增稠劑在多元酸均聚物分散劑存在時會發(fā)生鹽析，宜與多元酸共聚物分散劑配合使用。 Otakar Quadrat ，等 15 用締合型聚氨酯類增稠劑 SER-AD FX 1070 對含有大量 2 羥乙基異丁

25、烯酸（ HEMA ）的丙烯酸聚合物乳液增稠，發(fā)現(xiàn) HEMA 含量越高，增稠效果越差。這是因為 HEMA 使乳膠粒子的親水性增強，使乳膠粒子不容易與增稠劑的憎水端基產生交聯(lián)形成網狀結構，因此增稠效果降低。而對于堿溶脹丙烯酸類增稠劑， HEMA 對增稠效果的影響很小 16 。 最近又研究出一種憎水改性乙氧基化氨基樹脂增稠劑（ HEAT ），它是以氨基取代二異氰酸酯連接于聚乙二醇上的。由于氨基樹脂中有 4 個活性官能團，可以在聚合物主鏈上加入更多的憎水

26、部分（ 8% 以上），可以阻止其它憎水組分引起的從乳膠粒子和膠束上的脫附作用，從而使產品具有更好的抵抗黏度下降的能力，對于溶劑和表面活性劑的影響更加穩(wěn)定 17 。 國外最近開發(fā)了一種液態(tài)流變助劑，這種助劑是以脲官能團改性的吡咯烷酮的溶液。當加入涂料中時，沉淀為微細的針狀物，與成膜物有很近的折光率，故幾乎看不見。這些針狀物能形成三維結構，它的流變性比有機膨潤土有更高的低剪切速率下的黏度和更低的高剪切速率下的黏度，在儲存中的防沉底效果遠比氣相二氧化硅、有機膨潤土及聚酰胺好。 5. 無機類5.1膨潤土 定義：無機增稠劑 膨潤土是一

27、種層狀硅酸鹽，吸水后膨脹形成絮狀物質，具有良好的懸浮性和分散性，與適量的水結合成膠狀體，在水中能釋放出帶電微粒，增大體系黏度 機理: 無機增稠劑 膨潤土是一種層狀硅酸鹽，吸水后膨脹形成絮狀物質，具有良好的懸浮性和分散性，與適量的水結合成膠狀體，在水中能釋放出帶電微粒，增大體系黏度   特點: 無機增稠劑 正面影響 l 抗沉淀 l 不流動 l 生物穩(wěn)定性 負面影響 l 流平 l 光澤 l 表面活性劑敏感性 l 混溶性 無機增稠劑水性膨潤土增稠劑具有增稠性強、觸變性好、pH值適應范圍廣、穩(wěn)定性好等優(yōu)點。但由于膨潤土是一種無機粉末，吸光性好，能明顯降低涂膜表面光澤，起到類似消光劑的作